Qu’est-ce qu’un instrument virtuel ?

par Nicolas Titeux | Juin 2, 2020

Depuis les années 2000, les instruments virtuels sont devenus des outils sonores incontournables pour les compositeurs et les producteurs de musique. Mais de quoi s’agit-il exactement ?

Principe de fonctionnement

Un instrument virtuel est simplement un logiciel qui permet de recréer les sons d’un instrument de musique avec un ordinateur. Il en existe aujourd’hui une multitude, permettant d’imiter à peu près tous les instruments de musique du monde, avec plus ou moins de réalisme. Les instruments virtuels (ou VI) utilisent deux techniques différentes : la synthèse sonore et l’échantillonnage.

La synthèse sonore

C’est un procédé qui permet de générer des sons à partir de signaux simples, d’algorithmes ou de programmation. Il existe plusieurs formes de synthèse. Les plus répandues sont la synthèse additive, à modulation de fréquence et à modélisation physique.

La synthèse additive, la plus simple, consiste à superposer plusieurs signaux pour en créer un nouveau. C’est une technique assez ancienne. En effet, on peut considérer que premier synthétiseur de l’histoire est l’orgue liturgique, dont l’origine remonte à l’Antiquité. L’orgue imite au moyen d’ensembles de tuyaux appelés « jeux » des instruments comme la flûte, le hautbois ou la trompette. L’organiste peut superposer plusieurs jeux pour créer de nouveaux sons. Voici une mélodie jouée successivement avec différents jeux puis « pleins jeux », c’est à dire avec tous les timbres de l’orgue simultanément.

Apparue dans les années 70, la synthèse à modulation de fréquence ou FM, permet de moduler une onde par une autre pour créer des timbres très complexes et assez naturels. Le premier synthétiseur à l’utiliser est le Yamaha DX7 qui a été utilisé par les plus grands artistes dans les années 80.

Enfin la synthèse à modélisation physique est une synthèse relativement récente qui permet d’imiter un instrument à partir de ses caractéristiques physiques : sa forme, le matériau qui le constitue, sa densité, son élasticité, etc. Son avantage est que l’on peut modéliser n’importe quel instrument, même une cymbale en bois de 4 mètres de diamètre !

Les synthétiseurs ont longtemps tenté d’imiter les instruments acoustiques sans jamais vraiment y parvenir. La raison principale est que le timbre d’un instrument acoustique est très complexe. Il contient de nombreuses harmoniques et des composantes aléatoires comme le flux d’air ou le frottement de l’archet, qui sont très difficile à modéliser mathématiquement.

Les synthétiseurs existent aujourd’hui sous la forme de machines physiques comme le Moog Modular ou le Virus, ou sous la forme d’instruments virtuels comme le célèbre Massive. Ils sont surtout utilisés pour créer des sonorités électroniques (les fameux sons de synthé) propres à certains styles de musique comme la house, la techno, le dubstep ou la musique de jeux vidéo.

L’échantillonnage,

ou sampling, consiste à reproduire le son d’un instrument en utilisant de multiples enregistrements appelés échantillons. L’imitation est généralement beaucoup plus convaincante que la synthèse sonore, mais nécessite de stocker beaucoup de données.

L’échantillonnage est apparu dans les années 1960 avec le Mellotron. Cet imposant instrument à clavier comportait une bande magnétique et une tête de lecture pour chaque note du clavier. Sur chaque bande magnétique était enregistrée un son différent, qui était joué quand on pressait la touche correspondante. On peut parler d’échantillonneur (ou sampler) analogique. Les possibilité de cet instrument étaient très surprenantes pour l’époque.

Dans les années 80, la production musicale voit apparaitre les premiers samplers numériques comme le Fairlight CMI. Le Fairlight, machine extrêmement onéreuse, pouvait imiter de nombreux instruments. Pour des raison d’espace mémoire, très limité à cette époque, il utilisait un seul échantillon par instrument. L’échantillon était joué à différentes vitesses pour créer les différentes notes de l’instrument, ce qui donnait à ce sampler un son très caractéristique. Cet instrument a été utilisé en studio par de nombreux artistes comme Peter Gabriel, Michael Jackson dans l’introduction de Beat it, Queen ou encore Daniel Balavoine dans Tous les cris les SOS.

Les samplers sont aujourd’hui uniquement disponibles sous la forme d’instruments virtuels. Grace à l’augmentation des capacités de stockage et aux progrès du numérique, les samplers utilisent aujourd’hui de nombreux échantillons (parfois plusieurs milliers), ce qui les rend beaucoup plus réalistes. Leur souplesse les rend indispensable à la composition de musique de film et à la création musicale en général.

Ci-dessous la matrice d’un piano virtuel qui contient 32 samples par notes et 88 notes différentes, soit 2816 samples. Chaque petit carré représente un son différent. La dynamique et le son de l’instrument sont assez réalistes, seuls les auditeurs les plus avertis peuvent déceler l’artifice.

Pourquoi utiliser un instrument virtuel plutôt qu’un instrument acoustique ?

Pour un producteur de musique, les instruments virtuels possèdent de nombreux atouts :

Ils permettent d’avoir à disposition une multitude de sons d’instruments assez fidèles, à moindre coût et sans disposer d’un hangar de stockage ! On peut jouer des instruments rares ou volumineux, simplement avec un clavier maitre MIDI.
On peux créer des maquettes musicales très rapidement, avec un son assez réaliste. On bénéficie des possibilités d’édition de de retouche apportées par le format MIDI.
La mise en œuvre est très rapide. Pas besoin d’installer des micros ni de disposer d’un studio d’enregistrement. Les instruments sont toujours accordés. Je possède des instruments traditionnels comme la Kora dont l’accord change tout le temps avec l’humidité. Il faut prévoir 15 minutes d’accord avant de l’enregistrer.
La reproduction des instruments est de plus en plus fidèle. Certains instruments à percussion et à clavier sont bluffants de réalisme.

Bien sûr, c’est une solution qui a aussi des inconvénients :

Le son manque parfois de réalisme, surtout sur les instruments dont le son est entretenu comme les instruments à vent et à cordes frottées. On perd une partie des possibilités apportées par l’instrumentiste et le côté vivant de l’instrument.
Personnellement, je trouve que jouer d’un instrument acoustique est une source d’inspiration supplémentaire pour composer de la musique. La sensation est très différente de celle d’un clavier.
Pour les compositeurs qui souhaitent fabriquer leur propres instruments virtuels, c’est un travail assez long et contraignant.

Les instruments virtuels on bouleversé le monde de la création musicale. Ils procurent parfois d’étonnantes émotions musicales et permettent de composer de la musique avec un rendu sonore immédiat.